與子程序（或者說函數(shù)）一樣，協(xié)程（coroutine）也是一種程序組件。Donald Knuth 曾說，子程序是協(xié)程的特例。

一個(gè)子程序就是一次函數(shù)調(diào)用，它只有一個(gè)入口，一次返回，調(diào)用順序是明確的。但協(xié)程的調(diào)用和子程序則大不一樣，協(xié)程允許有多個(gè)入口對(duì)程序進(jìn)行中斷、繼續(xù)執(zhí)行等操作。

Python2 可以通過 yield 來實(shí)現(xiàn)基本的協(xié)程，但不夠強(qiáng)大，第三方庫(kù) gevent 對(duì)協(xié)程提供了強(qiáng)大的支持。另外，Python3.5 提供了 async/await 語(yǔ)法來實(shí)現(xiàn)對(duì)協(xié)程的支持。本文只討論通過 yield 來實(shí)現(xiàn)協(xié)程。

對(duì)于經(jīng)典的生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型，如果用多線程來實(shí)現(xiàn)，我們就需要一個(gè)線程寫消息，一個(gè)線程讀消息，而且需要鎖機(jī)制來避免對(duì)共享資源的訪問沖突。

相比多線程，協(xié)程的一大特點(diǎn)就是它在一個(gè)線程內(nèi)執(zhí)行，既避免了多線程之間切換帶來的開銷，也避免了對(duì)共享資源的訪問沖突。

下面，讓我們看看怎么用 yield 來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型。

import time

def consumer():
    message = ''
    while True:
        n = yield message     # yield 使函數(shù)中斷
        if not n:
            return
        print '[CONSUMER] Consuming %s...' % n
        time.sleep(2)
        message = '200 OK'

def produce(c):
    c.next()           # 啟動(dòng)生成器
    n = 0
    while n < 5:
        n = n + 1
        print '[PRODUCER] Producing %s...' % n
        r = c.send(n)  # 通過 send 切換到 consumer 執(zhí)行
        print '[PRODUCER] Consumer return: %s' % r
    c.close()

if __name__ == '__main__':
    c = consumer()
    produce(c)

在上面的代碼中，消費(fèi)者 consumer 是一個(gè)生成器函數(shù)，我們把它作為參數(shù)傳給 produce，其中，next 方法用于啟動(dòng)生成器，send 方法用于發(fā)送消息給 consumer，并切換到 consumer 執(zhí)行。consumer 通過 yield 獲取到消息，然后進(jìn)行處理，又通過 yield 返回消息給 produce，并轉(zhuǎn)到 produce 執(zhí)行，如此反復(fù)。執(zhí)行結(jié)果如下：

[PRODUCER] Producing 1...
[CONSUMER] Consuming 1...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 2...
[CONSUMER] Consuming 2...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 3...
[CONSUMER] Consuming 3...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 4...
[CONSUMER] Consuming 4...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 5...
[CONSUMER] Consuming 5...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK

小結(jié)

• 子程序就是協(xié)程的一種特例
• 協(xié)程的特點(diǎn)在于是一個(gè)線程內(nèi)執(zhí)行，沒有線程之間切換的開銷
• 協(xié)程只有一個(gè)線程，不需多線程的鎖機(jī)制
• 協(xié)程的切換由用戶自己管理和調(diào)度
• 通過創(chuàng)建協(xié)程將異步編程同步化

參考資料

• 協(xié)程 - 維基百科，自由的百科全書
• Python 線程與協(xié)程 - Yu's
• 談?wù)凱ython的生成器 – 思誠(chéng)之道
• 協(xié)程 - 廖雪峰的官方網(wǎng)站